缺陷基化合物锚定单原子复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种缺陷基化合物锚定单原子复合材料及其制备方法与应用。所述缺陷基化合物锚定单原子复合材料包括缺陷基化合物、负载于所述缺陷基化合物上的单原子以及硫掺杂的纳米碳；所述硫掺杂的纳米碳具有多级孔结构，所述缺陷基化合物分布于所述硫掺杂的纳米碳的多级孔结构中；负载所述单原子的缺陷基化合物中单原子的含量为0.1～20at％；所述缺陷基化合物包括金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物中的任意一种或两种以上的组合。本发明专利技术采用简单的方法制得了负载金属单原子的缺陷基复合材料，该方法条件温和，容易实现产业化；且复合材料中金属单原子和缺陷结构可提供丰富的催化活性中心，在可充电锂金属基电池中有很好的应用前景。好的应用前景。好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
缺陷基化合物锚定单原子复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于电化学能源材料
，具体涉及一种缺陷基化合物锚定单原子复合材料及其制备方法与应用，例如，在可充电锂金属基电池中的应用。

技术介绍

[0002]当前，传统锂离子电池的能量密度已不能满足智能生活对高能量密度的需求。基于锂金属基的锂硫(Li/S)电池具有较高的能量密度(2600W
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h
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kg
‑1)而引起了广泛的关注，成为最具希望的下一代可充电电池。然而，目前仍存在一系列问题阻碍了Li/S电池的广泛实际化应用，如在正极侧，活性物质硫的利用率低和转化动力学缓慢的问题；在负极侧，金属在沉积过程中容易产生锂枝晶，单一的锂金属表面枝晶萌发和生长往往不受控制，同时，金属锂无序的反复溶解和沉积会引起体积膨胀，这些问题会导致电池的循环寿命有限，容量显著降低。设计合理的纳米钝化层或者框架对负极表面进行修饰以及调整负极结构，阻止负极表面锂枝晶的萌生和生长，抑制体积膨胀。此外，采用高活性的催化剂能够降低硫物质的转化能垒，提升反应动力学，改善方法以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于包括缺陷基化合物、负载于所述缺陷基化合物上的金属单原子以及硫掺杂的纳米碳；所述硫掺杂的纳米碳具有多级孔结构，所述缺陷基化合物分布于所述硫掺杂的纳米碳的多级孔结构中；负载所述单原子的缺陷基化合物中金属单原子的含量为0.1～20at％；所述缺陷基化合物包括金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物中的任意一种或两种以上的组合。2.根据权利要求1所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料，其特征在于：所述金属单原子包括铜、钼、铁、镍、钴、铂、钌、铑原子中的任意一种；和/或，所述硫掺杂的纳米碳由硫掺杂氧化石墨烯和碳纳米管制得；优选的，所述硫掺杂的纳米碳的孔径为2～200nm，孔隙率为500～2000cm3/g。3.如权利要求1或2所述的缺陷基化合物锚定单原子复合材料的制备方法，其特征在于包括：将氧化石墨烯、碳纳米管、表面活性剂、多硫化物、金属盐前驱体和溶剂混合均匀，之后加入金属单原子前驱体，并于120～200℃发生水热反应12h；以及，在NH3和/或惰性气氛中，将所获水热反应产物于100～500℃热处理10～120min，获得缺陷基化合物锚定单原子复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：将氧化石墨烯、碳纳米管与表面活性剂超声分散于溶剂中，之后加入金属盐前驱体充分混合，形成第一分散液，之后向所获第一分散液中加入多硫化物溶液混合，再加入金属单原子前驱体；优选的，所述溶剂包括水；优选的，所述多硫化物溶液是由硫粉和硫化物溶于水形成的；优选的，所述硫化物包括硫化钠。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：在在NH3和/或惰性气氛中，采用2～10℃/min的升温速率将水热反应所获混合物的温度升至100～500℃。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，蔺洪振，程双，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：